十萬個為什麼﹕為何鈦合金鏡框不易變形

各種鈦合金製品

【明報專訊】人和動物有「記憶」能力，為什麼有些合金的形狀也會呈現類似的「記憶」能力呢？鈦合金為「形狀記憶合金」，改變其形狀後，只要加熱到一定溫度，就會恢復原形。

20世紀60年代初，美國科學家發現了一種奇怪的合金，它像生物一樣具有「記憶力」。假如我們把它冷卻到一定溫度，並將它某程度變形(如揉成一團)，只要回到最初的溫度，它的「記憶」就會「蘇醒」，瞬間恢復「本來面目」。於是，人們把這種合金稱為「形狀記憶合金」。

形狀記憶合金為什麼有「記憶」能力呢？在不同的條件(如溫度)下，金屬的結構可能不同，這時我們說它處在不同的「相」。從一個相變化到另外一個相，稱為「相變」。相變時金屬的性能會發生改變。金屬發生相變時的溫度叫作相變溫度。

形狀記憶合金有兩種相：在相變溫度以上時的相叫作「母相」(也叫作「奧氏體相」)，在相變�鄎蚰H下的相叫作「馬氏體相」。從高溫冷卻到相變溫度以下，母相就變為馬氏體相；把馬氏體相的合金加熱到相變溫度以上，又可變回母相。

形狀記憶合金與一般金屬的不同之處是，在一定的條件下，它內部的相變過程是可逆的。因此，不管它在馬氏體相時的外形怎樣，一旦回到母相，它的形狀一定與最早的時候一模一樣。如果我們在合金處於馬氏體狀態時，用外力改變其形狀，但只要再加熱到相變溫度以上，它又會恢復到原來的形狀，這種變化被稱為「形狀記憶效應」。

我們用具有這種「記憶」功能的鈦合金製成眼鏡架，就可以把它任意變形，即使不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復原狀！

文、圖：香港教育圖書公司《十萬個為甚麼》(新視野版)(2014年7月出版)物理II